Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка конструкции и технологии изготовления панели корпуса сопла мотогондолы двигателя самолета АН-148

Введение

В настоящее время современные композиционные материалы (стекло-, угле-, и органопластики) нашли широкое применение в конструкциях летательных аппаратов. Они используются не только при создании средненагруженных конструкций и деталей интерьера, но и силовых высоконагруженных конструкций планера и оперения, в том числе киля и стабилизатора а также конструкции гондол двигателя.

За счет применения более легких, по сравнению с алюминием материалов, уменьшения конструктивных и технологических разъемов, замены механического крепежа на клеевые соединения и др., достигается снижение массы конструкции на 15…20% и трудоемкости изготовления на 30…40%.

Изготовление конструкций из КМ состоит из ряда специфических процессов. Эти процессы проектируются под конкретное оборудование и осуществляются в определенных производственных условиях по соответственно разработанной для каждого из них теорий. Например, формование изделия базируется на общих законах физики и химии полимеров.

Применение усовершенствованных КМ требует нового подхода к вопросам конструирования и расчета, разработки технологии и оснастки. Особенно это проявляется с ростом габаритов конструкции. Так устранение многих технологических разъемов, дав выигрыш в массе, требует повышения жесткости всей конструкции, вследствие чего наряду с сотовым заполнителем вводят силовые балки и трубчатый заполнитель, в связи с чем сложность увязки элементов конструкции возрастает. Большие габариты конструкции вызывают необходимость в создании или приобретении специализированного оборудования, необходимость в создании секционной оснастки, а это в свою очередь, усложняет ее увязку и получение высокой точности контура. Разница в коэффициентах линейного расширения оснастки и формуемой детали требует разработки особого режима нагрева и охлаждения и т.д.

Настоящая работа относится к разработке, освоению и внедрению технологического процесса изготовления панели корпуса сопла гондолы двигателя самолета АН-148. В конструкторской части представлен упрощенный прочностной расчет панели сопла. Экономическая часть данного проекта представляет собой расчет себестоимости изготавливаемого изделия.

Так как технология изготовления панели сопла представленная в работе является новой и не имеет аналогов в других самолетах АН, то специальная часть дипломного проекта посвящена частным вопросам касающимся внедрения новых конструктивно-технологических решений изготовления панели сопла и сравнительному анализу этих решений.

1. Конструкторская часть

1.1 Описание конструкции самолета АН-148

Самолет предназначен для перевозки 70 пассажиров, багажа, почты и грузов на внутренних и международных авиалиниях с возможностью базирования на подготовленных ВПП с искусственным покрытием.

Самолет представляет собой свободнонесущий высокоплан с двумя двухконтурными турбореактивными двигателями, размещенными в гондолах под крылом, и трехопорным одностоечным шасси с передней и двумя основными опорами.

Крыло - стреловидное, большого удлинения, трапециевидной формы в плане без наплывов, скомпоновано на базе новых суперкритических профилей, разработанных в АНТК им. О.К. Антонова.

На передней кромке крыла установлены отклоняемые носки; на задней кромке установлены двухщелевые однозвенные закрылки с фиксированным дефлектором и элероны без аэродинамической компенсации, отклоняемые тормозные и глиссадно-тормозные интерцепторы.

Фюзеляж - круглого сечения.

Оперение - однокилевое, Т-образное, с неподвижным стабилизатором, установленным на киле. Рули направления и высоты - однозвенные, без аэродинамической компенсации.

Основные требуемые ЛТХ:

крейсерская высота полета…………………………………11600 м

крейсерская скорость………………………………………….820 км/ч

практическая дальность полета на крейсерской скорости……….820 км/ч:

- с максимальной платной нагрузкой……….……….2200 км

- с 70 пассажирами……….……………………………..2800 км

длина ВПП…………………………………………………1800 м

максимальная взлетная масса………………………………36400 кг

максимальная масса снаряженного самолет……………..22500 кг

размах крыла (проекционный)…………………………….…28,92 м

длина самолета…………………………………………………28,59 м

высота самолета (пустого) на стоянке………………………8,17 м

стреловидность крыла (по 0,25 b)……………………………25°

Площадь (теоретическая)………………………………….…. 87,29 м²

Диаметр фюзеляжа.……………………………………………. 3,35 м

Длина фюзеляжа.………………………………………………. 26,20 м

Площадь мидельного сечения (с обтекателем шасси)…. 9,46 м²

База (пустой самолет)…………………………………………10490 мм

Колея (по наружному колесу)……………………….………..4580 мм.

Общий вид самолета представлен на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Общий вид самолета Ан-148

1.2 Применение полимерных композиционных материалов в конструкциях изделий АН

АНТК им. О.К. Антонова с начала 1970-х годов является ведущей организацией в авиационной промышленности по созданию и внедрению в транспортных и пассажирских самолетах конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ).

За относительно короткий срок созданы новые самолеты «АН», в которых объемы применения ПКМ соответствуют или превосходят известные в мировой практике для аналогичных типов самолетов зарубежных фирм «Боинг», «Эрбас Индастриз» и др.

Объемы и эффективность применения ПКМ в самолетах «АН» представлены в табл. 1

Таблица 1. Объемы и эффективность применения ПКМ в самолетах «АН»

Показатели	АН-28	АН-72	АН-124	АН-140	АН-70
Количество узлов и агрегатов, шт.	90	430	1100	920	3270
Площадь поверхности, м2	100	250	1500	380	1630
Масса, кг	180	980	5500	1340	6740
Снижение массы, кг	60	350	2100	480	2250

Самолеты и конструкции из ПКМ успешно прошли прочностные и летные испытания, сертифицированы по международным нормам, освоены в производстве и в большинстве выпускаются серийно. Накопленный опыт эксплуатации самолетов подтвердил высокую эффективность применения ПКМ и надежность конструкций.

В процессе создания новых самолетов «АН» решены многие научно-технические проблемы, разработаны уникальные конструкции нового типа из ПКМ и технологии их изготовления, в том числе силовых и ответственных высоконагруженных агрегатов крыла и оперения, многие из которых стали уже традиционными, а некоторые не имеют зарубежных аналогов.

Детали, узлы и агрегаты из ПКМ охватывают широкий диапазон конструктивно - технологических решений:

- трехслойные с сотовым заполнителем (размером 2,212,7 м);

- монолитные и каркасные (размером до 2,56,0 м);

- трехслойные трубчатые (диаметром до 2,8 м);

- интегральные (размером до 2,510,0 м);

- декорированные элементы интерьера и бытового оборудования;

- детали антифрикционного назначения и другие.

Широко используются ПКМ в конструкциях разрабатываемого наземного транспорта: троллейбусах, трамваях, спортивных велосипедах, а также товарах народного потребления.

1.3 Общие сведения о конcтрукции и назначении сопла гондолы двигателя самолета АН-148

Мотогондола обеспечивает хорошее аэродинамическое сочетание крыла и двигателей, защищает двигатель и обслуживающие его системы от воздействия атмосферных осадков и служит для размещения и крепления двигателей, а также систем и агрегатов, обеспечивающих их работу. Кроме того, гондола служит для организации воздушного потока на входе в двигатель и формирования объединенной реактивной струи вентиляторного и газогенераторного контуров. Охлаждение агрегатов, установленных на двигателе и вентиляция пространства под капотом в полете осуществляется встречным потоком воздуха.

Гондолы всех двигателей - одной конструкции, полностью взаимозаменяемые. Для доступа к двигателям, агрегатам и системам в гондоле выполнены съемные крышки, панели, зализы, обтекатели и откидные крышки. На рис. 1.2 показана схема общего вида мотогондолы, на которой показаны все основные составные части гондолы.



1 - воздухозаборник; 4 - сопло вентилятора;

2 - обтекатель реверса; 5 - капот вентилятора

3 - капот газогенератора;

Рис. 1.2 Схема мотогондолы

1 - узел крепления сопла вентиляторного контура к заднему кольцу реверса; 2 - крышка; 3 - панель; 4 - панель; 5 - корпус; 6 - крышка;

7 - силовой пояс; 8 - крышка; 9 - подпорка; 10 - панель; 11 - тяга

Рис. 1.3 Схема сопла вентиляторного корпуса

Сопло вентиляторного контура обеспечивает подход к капоту газогенератора. На рис. 1.3 показана упрощенная схема сопла вентиляторного контура.

Сопло состоит из стеклопластикового корпуса и силового пояса, прикрепленного болтовым соединением к заднему концу реверса. Корпус крепится к заднему кольцу реверса с помощью кронштейнов со стяжными центрирующими штырями, предотвращающими перекос при установке сопла вентиляторного контура. Для снятия нагрузки с неподвижного корпуса реверса сопло вентляторного контура дополнительно крепится с помощью тяг к стекателю газогенератора. На корпусе шарнирно, с помощью штопорных шпилек навешены стеклопластиковые панели, которые в закрытом положении фиксируются винтовыми замками, а в открытом - устанавливаются на подпорки, закрепленные на силовом поясе. Для предотвращения деформации крышек и корпуса сопла вентиляторного контура при открытии крышек, на кронштейнах навески крышек выполнены ограничители. Для доступа к верхним узлам крепления сопла к заднему кольцу реверса на корпусе установлены лючки, крепящиеся винтовыми замками, и панель. В нижней части корпуса на винтовых замках установлена крышка доступа к дренажному бачку двигателя. Стыки элементов конструкции сопла уплотнены профилями герметизации.

Панели корпуса сопла представляет собой трехслойные конструкции выполненные из композиционных материалов. Панель состоит из обшивок усиленных накладками по краям панели в зонах стыков их между собой и с металлическими силовыми поясами и по краям крышек корпуса сопла. Заполнитель представляет собой трубчатый заполнитель в сочетании с ребрами полученными при намотке препрега из стеклоткани Т-10-14 на резиновые клиновидные оправки. Такой заполнитель обеспечивает повышение жесткости конструкции и уменьшение ее веса по сравнению с монолитной конструкцией. На рис. 1 приложения представлен упрощенный чертеж корпуса сопла мотогондоллы двигателя.

1.4 Анализ материалов применяемых в конструкции панели корпуса сопла гондолы двигателя самолета АН-148

Для изготовления панели сопла гондолы двигателя самолета Ан-148 использован слоистый стеклопластик на основе ткани Т-10-14 и связующего ЭДТ-69Н. Связующее ЭДТ-69Н относится к эпоксидным связующим и предназначено для пропитки стеклянных углеродных и органических наполнителей. Данное связующее рекомендовано для изготовления, как силовых конструкций, так и деталей интерьера. Оно обладает достаточной прочностью и адгезией к стеклянным волокнам. Также по сравнению с другими связующими оно обладает меньшей токсичностью и более технологично при изготовлении препрегов на его основе и дальнейшем получении стеклопластика.

Пластики на основе связующего ЭДТ-69Н рекомендуется использовать в интервале температур -60 - +80С. Стеклопластик на основе ткани Т-10-14 и связующего ЭДТ-69Н изготавливается методами вакуумного, автоклавного формования и прессования.

В качестве армирующего материал, как было указано ранее, используется стеклоткань Т-10-14 сатинового переплетения.

Свойства стеклоткани определяются свойствами стекловолокна. Стекловолокна имеют очень высокий предел прочности при растяжении, превышающий прочность других текстильных волокон. Удельная прочность стекловолокон (отношение прочности при растяжении к плотности) превышает аналогичную характеристику стальной проволоки.

Так как природа стекловолокон неорганическая, они не горят и не поддерживают горение. Высокая температура плавления стекловолокон позволяет использовать их в области высоких температур.

Стекловолокна не воздействуют на большинство химикатов и не разрушаются под их влиянием. Стеклоткань не токсична.

За счет аппретирования стеклоткани гидрофобным замасливателем, который также предупреждает истирание волокон между собой, стекловолокна не собирают влагу следовательно, не набухают, не растягиваются и не разрушаются под ее воздействием.

Стекловолокна не гниют и сохраняют свои высокие прочностные свойства в среде с повышенной влажностью.

Стекловолокна имеют низкий коэффициент линейного расширения и большой коэффициент теплопроводности. Эти свойства позволяют эксплуатировать их при повышенных температурах.

Свойства и условия получения стеклотканей зависят от строения этих тканей, плотности переплетения, извитости пряжи, плотности исходной пряжи и от условий ткачества.

Плотность нитей в основе и утке определяется числом нитей в 1 сантиметре ткани соответственно в продольном и поперечном направлениях. «Основа» - это пряжа, расположенная вдоль длины ткани, а «уток» - переводит ткань в поперечном направлении. Следовательно, плотность ткани, ее толщина и прочность при разрыве пропорциональны числу нитей и типу пряжи, используемой при ткачестве.

Существуют различные виды переплетений основы и утка для создания прочных тканей. Варьируя вид ткани, можно создать разнообразные армирующие структуры, влияющие в определенной степени на свойства композитов из них. В ряде случаев применения стеклотканей требуются специальные виды переплетений.

В данном случае используются восьмиремизковое сатиновое переплетение: три нити основы перекрыта семью нитями утка сверху и одной нитью снизу с образованием нерегулярного рисунка. В результате получают очень гибкую и удобную для различных выкладок ткань.

Эта ткань имеющая высокую плотность по утку и основе, обладает максимальной изотропной прочностью в композите.

1.5 Прочностной расчет конструкции панели сопла гондоллы двигателя самолета АН-148

Проектирование - наиболее ответственный этап разработки, в процессе которого определяются технические характеристики изделия и проверяется возможность реализации поставленной задачи. Заложенные на данном этапе конструктивные решения определяют успех дальнейшей разработки изделия, сроки отработки и ее эксплуатационные качества. Определение наилучшего конструктивного решения - чрезвычайно сложный процесс, состоящий из работ по обеспечению наилучших эксплуатационных условий нагружения, выбору рациональных форм деталей и материалов, способствующих получению минимальной массы конструкции с учетом технологичности и стоимости. Все эти требования в равной мере выполнить нельзя. Как правило, за основу принимают одно или несколько требований, например для летательных аппаратов одним из основных будет обеспечение минимальной массы.

В данном разделе представлен прочностной расчет соплового отсека мотогондоллы двигателя самолета АН-148. Для расчетов представим сопло в виде конической трехслойной оболочки, подкрепленной ребрами, образованными препрегом из ткани Т-10-14 на связующем ЭДТ-69Н намотанным на резиновые клиновидные оправки.

1.5.1 Схема нагружения сопла гондоллы двигателя самолета АН-148

Согласно расчета газодинамических нагрузок при работе двигателя на взлетном режиме при стандартных условиях (Н=0; М=0,53; t_н =15С) избыточное эксплуатационное давление на входе в сопло II контура Р_вх^э=3955 кгс/м², а избыточное эксплуатационное давление на срезе сопла Р_ср^э=855,3 кгс/м². На рис. 1.4 представлена схема нагружения сопла.



Рис. 1.4 Схема нагружения сопла

Принимаем коэффициент безопасности f=1,5, согласно норм прочности АП-25. Определим расчетные (разрушающие) значения давлений.

Р_вх^р= Р_вх^эf=39551,5=5930 кгс/м² (1.1)

Р_ср^р= Р_ср^эf=855,31,5=1280 кгс/м².

Как видно из значений давлений на входе и срезе сопла равнопрочная коническая оболочка должна иметь переменную толщину, линейно уменьшающуюся в сторону к меньшему основанию. Однако из соображений упрощения расчетов, примем толщины обшивок и заполнителя по всему сечению сопла постоянными. На рис. 1.5 представлен элемент сечения сопла под действием внутреннего давления.



Рис. 1.5 Элемент сечения сопла под действием внутреннего давления.

1.5.2 Расчет на прочность конструкции

Для расчета конической оболочки сопла мотогондоллы воспользуемся зависимостями, полученными для цилиндрических оболочек. При этом длинна эквивалентной цилиндрической оболочки равна образующей конической, а радиус кривизны определяется по формуле:

(1.2)

где R₁ - внешний радиус сечения сопла на выходе равный 648 мм;

R₂ - внешний радиус сечения сопла на входе равный 860 мм;

- угол конусности сопла.

Из уравнения совместности деформаций найдем давление Р_зап, передаваемое заполнителем на внутренний слой:

(1.3)

откуда

(1.4)

где

где Е_1н, Е_2н - модули упругости материала наружного слоя в продольном и кольцевом направлениях которые соответственно равны 3459 кгс/мм², 2215 кгс/мм²;

Е_1в, Е_2в - модули упругости материала внутреннего слоя в продольном и поперечном направлении равные 3459 кгс/мм², 2215 кгс/мм², соответственно;

_н, _в-толщины наружного и внутреннего слоев сопла;

Е_z - нормальный модуль упругости заполнителя;

h - толщина заполнителя.

Определим усилия действующие в наружном и внутреннем слоях стенки сопла по формулах:

(1.5)

(1.6)

Определим кольцевые напряжения действующие в слоях внутренней и наружной обшивок сопла по формулах:

(1.7)

(1.8)

При нагружении конической оболочки критическим давлением, напряжения, действующие в несущих слоях не должны превышать предельных допускаемых, которые принимаются в зависимости от механических свойств материала. Сравним полученные напряжения в слоях внутренней и наружной обшивок с пределом прочности стеклопластика на растяжение равным _р1 =0,756 МПа. Как видно

;

.

2. Технологическая часть

Введение

Технологический процесс изготовления изделий из композиционных материалов (КМ) состоит из целого ряда процессов, имеющих свои особенности. Эти процессы можно разделить на основные и вспомогательные.

К основным процессам относят формообразование, формование, механическая обработка и сборка.

К вспомогательным относят подготовительные процессы, процессы приемника-сдачи, а также ремонтно-восстановительные процессы. Подготовительные операции включают в себя процесс приготовления связующего, процесс приготовления препрегов и входной контроль исходных материалов.

В данном дипломном проекте разработан технологический процесс изготовления панели сопла гондолы двигателя самолета АН-148: произведен расчет количества материалов, составлена схема технологического процесса, построены цикловой график и термограмы процесса автоклавного формования панели сопла.

2.1 Технические требования

Технологические процессы приготовления связующих, изготовления препрегов и их контроля должны производиться в отдельном специализированном помещении при температуре воздуха 15-30 С и относительной влажности не более 75% с обеспечением всех требований технологии, безопасности труда, пожарной безопасности, культуры производства и качества работ в соответствии с действующей на заводе нормативной документацией.

Контроль параметров температуры и относительной влажности воздуха производить в рабочей зоне производственных участков приготовления связующих, подготовки наполнителей и изготовления препрегов, подготовки оснастки, выкладки деталей и подготовки к вакуум - автоклавному формованию с помощью психрометров с регистрацией их значений в Журнале контроля температуры и влажности» (в дальнейшем «Журнал…») установленной на предприятии формы.

Исходные компоненты и материалы, применяемые для приготовления связующих и изготовления препрегов, должны соответствовать требованиям нормативно-технической документации (НТД), приведенной в табл. 2 и 3, и проходить входной контроль в объеме и порядке, установленными действующей на заводе организационно-технической документацией.

Контроль растворов связующих и препрегов производит лаборатория физико-химического анализа в процессе выполнения указанных технологических операций.

Рабочие, занятые приготовлением связующих, изготовлением препрегов и выполняющие все операции технологического процесса изготовления деталей и элементов конструкций, должны пройти обучение и аттестацию на знание технологических процессов и на право выполнения работ, соответствующих их квалификации.

Средства технологического оснащения и инструмент, используемые для приготовления связующих, изготовления препрегов, деталей и элементов конструкций из ПКМ, должны соответствовать требованиям проведения технологических процессов и проходить периодическую проверку. Перечень средств технологического оснащения приведен в табл. 2.2.

Условия хранения исходных компонентов, связующих, армирующих наполнителей и других основных и вспомогательных материалов должны соответствовать требованиям НТД, приведенной в таблице 2.2. После истечения гарантийного срока хранения или нарушения условий хранения указанные материалы должны быть переиспытаны в объеме и по методике технических требований НТД на указанный материал с выдачей заключения об их пригодности в соответствии с действующей на заводе организационно-технической документацией.

В таблице 2.1 представлены вспомогательные материалы, применяемые при изготовлении панели сопла гондолы двигателя самолета АН-148.

Таблица 2.1. Вспомогательные материалы

Материалы	Обозначение НТД	Назначение
Пленка полиамидная неориентированная марки ТС	ТУ6-19-255-84	Изготовление вакуумных мешков
Лента герметизирующая Герлен-УТ	ТУ5772-016-05108038-2001	Изготовление и крепление к оснастке вакуумных мешков
Пленка полипропиленовая толщиной 20-40 мкм	ТУ 38-1022-75	Разделительный слой при формовании
Пленка фторопластовая толщиной 20 мкм	ГОСТ 24222-80	Разделительный слой при формовании деталей
Пленка полиэтиленовая толщиной 40-50 мкм	ГОСТ 10354-82	Разделительный слой для препрегов
Смазка СК-5: Продукт 136-321-М Катализатор отверждения	ТРИ59-1016 ТУ 6-02-1-776-92	Разделительный слой на стеклопластиковые формы Компонент смазки Компонент смазки
Нефрас С2-80/120	ТУ38.401-67-108-92	Растворитель для лриготовления смазки СК-5, обезжиривания оснастки
Ацетон технический	ГОСТ 2768-89	Обезжиривание деталей, оснастки, инструмента, оборудования
Стеклоткань Т-13	ГОСТ 19170-2001	Дренаж при формовании
Сетка металлическая с ячейкой 0,5-1,0 мм		Фильтрация связующего
Шкурка шлифовальная №16-25	ГОСТ 5009-82	Зачистка деталей
Салфетки из х/б тканей		Протирка и обезжиривание поверхностей
Ткань из синтетических нитей арт. 56208	ГОСТ 15978-93	«Жертвенный» слой для создания шероховатости поверхности

Таблица 2.2. Средства технологического оснащения

Наименование, модель, тип	Назначение
Автоклав электрический типа «Шольц», рабочее давление до 0,5 Мпа (5.0 кгс/см2), температура нагрева до 200С	Вакуум-автоклавное формование деталей и элементов конструкции
Установка для пропитки стеклотканей типаУПСТ-1000 М	Изготовление препрегов на основе стеклотканей
Установка для пропитки стеклоленты типа УЛС-2М	Изготовление препрегов на основе стеклоленты
Аппараты с механическим перемешивающим устройством типа 4109-0,063-06К-01, оборудованный обратным холодильником	Приготовление связующих ЭДТ-69Н
Самопишущие электронные приборы, диапазон измерения температуры от 0 до 100 С, класс точности 0,5	Контроль температуры
Измельчитель типа ИПР-150	Размол твердых компонентов связующих
Камера холодильная, температура охлаждения до минус 5С	Хранение смол и препрегов
Линейка металлическая, L=1000 мм, цена деления 1 мм	Разметка препрегов, клеевой пленки, тканей и других материалов
Ролик прикаточный для уплотнения препрега	Уплотнение препрега при выкладке
Стол с бортовым отсосом	Раскрой и выкладка препрега
Гигрометр психрометрический, диапазон измерения относительной влажности от 40 до 90%, цена деления шкал 0,2С	Измерение относительной влажности и температуры воздуха в помещении
Термометр лабораторный, диапазон измерения температуры не менее 0 - 50 С, погрешность измерения не более 1,5С, цена деления 0,5С	Измерение температуры окружающей среды
Денсимер, ГОСТ 18481-81 (ареометр)	Измерение плотности раствора связующего
Ножницы	Раскрой дренажа, разделительных пленок препрегов
Нож	Раскрой препрега, пленочных клеев
Фен с регулируемой температурой нагрева до 100С	Подогрев клея при укладке на обшивку
Штангенциркуль, предел измерений 0 - 150 мм, цена деления 0,1 мм	Измерение толщины деталей
Перфоратор игольчатый	Выполнение перфорации в разделительных пленках
Пневматическая машина типа АМП-2	Для обрезки технологического припуска
Алмазный отрезной круг с зернистостью 300-600 мкм	Для порезки образцов-свидетелей и обрезки деталей
Пылесос типа ППВМ	Удаление продуктов зачистки
Весы технические, диапазон измерения массы 0,2-20 кг, цена деления 0,05 кг, погрешность измерения не более 10г	Взвешивание компонентов связующих, деталей
Весы аналитические с разновесами типа ВЛР-200, диапазон измерения массы 0-200 г., погрешность 0,001 г	Взвешивание образцов для проведения физико-химического анализа
Скребки из цветного металла	Очистка оснастки
Кисти плоские волосяные несинтетические	Нанесение разделительной смазки СК-5
Емкости алюминиевые, эмалированные или из нержавеющей стали с герметично закрывающимися крышками	Хранение связующих
Стеклянные бутыли	Хранение растворителей

2.2 Расчет количества армирующего материала

При изготовлении панели сопла гондолы двигателя самолета АН-148 использованы стеклоткань Т-10-14 и стеклолента ЛЭС-0,2х30

Поверхностная плотность стеклоткани Т-10-14 - с_пов =0,29 кг/м², толщина ткани д=0,23 мм, плотность ткани - с=2400 кг/м3, ширина ткани b=900 мм. Для изготовления панели сопла необходимо L=144 м.пог. ткани при ширине 900 мм. Определим площадь ткани.

S_ткани=L·b=144·0,9=129,6 м²;

S_{потр. ткани}=103,68 м².

Определим коэффициент использования материала:

КИМ=103,68/129,6=0,8

Определим массу ткани Т-10-14.

М_ткани = с_пов·S_ткани=0,29·129,6=37,634 кг.

Поверхностная плотность стеклоленты ЛЭС-0,2х30 - 0,3г/м.п.

с_{пов ленты}=0,005 кг/м.пог. Для намотки трубчатого заполнителя необходимо l=2550 м.пог. ленты. Определим массу ленты.

М_ленты=с_{пов ленты}·l=12,75 кг.

2.3 Технологический процесс приготовления связующего ЭДТ-69Н

При изготовлении панели сопла гондолы двигателя самолета АН-148 использовано связующее ЭДТ-69Н. Рассмотрим технологический процесс его изготовления.

Приготовление раствора связующего производить в аппаратах, указанных в табл. 2.2.

Технологический процесс приготовления раствора связующего состоит из следующих операций:

1) расчет количества составляющих компонентов связующего;

2) подготовка компонентов связующего;

3) подготовка аппаратов к работе;

4) приготовление связующего;

5) отбор проб и контроль связующего;

6) хранение связующего.

Расчет количества компонентов для приготовления растворов связующих производить из материалов и в соответствии с рецептурой, указанной в табл. 2.3, с обеспечением требуемой концентрации согласно табл. 2.4.

Таблица 2.3. Рецептура растворов связующего

Наименование компонентов	Массовая доля компонентов связующего
Смола ЭТФ	19
Смола УП-631У	19
Смола КДА	19
Отвердитель 9	3,1
Ацетон	16
Спирт этиловый	24

2.3.1 Расчет необходимого количества связующего ЭДТ-69Н

Определим необходимое количество связующего для пропитки 288 м.пог. ткани и 5100 м.пог. стеклоленты.

По ПИ-59-1032-87 содержание связующего в пластике 37%.

Содержание наполнителя в пластике - 63%.

Составим пропорцию и определим сухой остаток связующего в пластике:

(37,634+12,75) - 63

х - 37

х=

М_с.о.=29,6 кг.

При 55%-ой концентрации связующего ЭДТ-69Н масса растворителя составляет 24,22 кг

M_раств =24,22 кг

Определим массу связующего по формуле

где Кт.п - коэффициент технологических потерь

Кт.п =1,25

Мсв =(29,6+24,22)·1,25=67,275 (кг)

Произведем расчет количества компонентов для приготовления связующего ЭДТ-69Н.

Для приготовления 67,275 кг связующего 55%-ной концентрации производится следующий расчет количества компонентов.

Количество каждого компонента связующего определяют из соотношения:

,

где М_i - масса искомого компонента связующего, кг

М_св - масса необходимого для пропитки связующего, кг.

M_i - удельное массовое содержание искомого компонента в рецептуре связующего.

М смолы ЭТФ=;

М УП-631=;

М смолы КДА=;

М отверд.= ;

М этилового спирта=;

М ацетона=

2.3.2 Подготовка компонентов связующего

Эпоксидная смола УП-631У и ЭТФ поставляются в барабанах и при температуре 15-30С находятся в вязком состоянии. Для улучшения условий отбора необходимого количества смол УП-631У и ЭТФ, барабаны охладить до температуры 5-10С произвести измельчение на куски размером не более 10 мм и до загрузки в аппарат хранить в холодильнике.

Приготовить 0,5-1,0%-ный раствор смолы КДА в спирте и до использования хранить его в герметично закрытой емкости.

Включить аппарат на холостом ходу на 1 - 2 мин и проверить его работоспособность.

2.3.3 Приготовление связующего ЭДТ-69Н

В аппарат, оборудованный обратным холодильником, загрузить расчетное количество ацетона и смолы УП-631У, включить мешалку и подать холодную воду, с температурой не выше 25С, с обратный холодильник, в рубашку аппарата подать горячую воду, обеспечивающую температуру нагрева смеси 40-45С, открыть обратный холодильник и произвести перемешивание в течении 50-60 мин дол полного растворения смолы УП-631У.

При работающей мешалке загрузить последовательно необходимое количество измельченной смолы ЭТФ, смолы КДА, спирта этилового, отвердителя 9, подать в рубашку аппарата горячую воду, обеспечивающую температуру смеси (622)С, и перемешать в течении 2,5-3 часов. Отсчет времени перемешивания проводить с момента достижения температуры раствора 60С.

Контроль окончания процесса осуществлять визуальным просмотром пробы связующего в проходящем свете в пробирке: проба должна быть прозрачной и не должна содержать нерастворенного отвердителя 9 - взвеси белого порошка.

2.4 Изготовление препрегов армирующих наполнителей

Изготовление препрега ткани Т-10-14 производится на установке типа УПСТ-1000М. Концентрация раствора связующего для пропитки должна быть 55-60%. Перед началом пропитки необходимо проверить работоспособность вентиляции, узлов установки и чистоту всех валков на пути прохождения пропитанной ткани. Далее необходимо установить рулоны пропитываемой ткани и разделительной пленки в разматывающие устройства. Протянуть заправочное полотно по тканепроводу установки и соединить пропитываемую ткань с заправочным полотном. На рисунке 2.1 представлена схема основных узлов пропиточной машины с заправкой ткани по тканепроводу.

1 - разматывающее устройство; 2 - зажимное устройство;

3 - рулон сухой ткани; 4 - механизм соединения ткани; 5 - накопитель;

6 - пропиточная ванна; 7 - пропиточный вал; 8 - отжимное устройство; 9 - валки тянущие; 10 - разделительная пленка; 11 - валки подающие;

12 - рулон препрега; 13 - приемное устройство.

Рисунок 2.1 Схема пропиточной машины и заправки ткани по тканепроводу.

Далее устанавливаем на контрольно-регулирующих приборах установки температуру в камерах сушки. В таблице 2.1 представлены параметры пропитки армирующего материала связующим ЭДТ.

Таблица 2.2. Параметры пропитки армирующего материала

Марка наполнителя	Температура по зонам, С	Скорость протяги-вания ткани, м/мин	Натяжение, Кгс/м
	подсушки наполни- теля	I	II	III
Т-10-14	110-120	655	755	855	0,8-1,2	35-40

Включаем механизм протягивания ткани и устанавливаем скорость движения пропитываемой ткани в соответствии с таблицей 2.1. По достижении требуемой температуры по зонам сушильной камеры необходимо залить в ванну раствор связующего необходимой концентрации. Далее включаем механизм протягивания.

В процессе пропитки препрега контролируемыми параметрами являются:

1) температура в камерах сушки;

2) скорость протягивания ткани;

3) уровень связующего в пропиточной ванне;

4) метраж пропитанной ткани;

5) величину натяжения ткани;

6) суммарный относительный привес связующего и летучих.

В таблице 2.2 приведены характеристики препрегов в зависимости от армирующего материала.

Таблица 2.2. Характеристики препрегов

Марка наполнителя	Суммарный привес связующего и летучих %	Характеристики препрега (мас.%)
		Содержание связующего	Содержание летучих	Содержание растворимой части смолы
Т-10-14	34-30	33-37	0,5-2,0	98
ЛЭС-0,2х30	35-40	34-39	0,5-1,5	98

После окончания пропитки выполняются следующие операции:

1) отключение электропитания установки;

2) слив остатка связующего из пропиточной ванны;

3) очистить валки тканепровода и ванну от связующего;

4) выключить вытяжную вентиляцию.

Каждый рулон препрега укладывается в полиэтиленовый мешок. Упакованные рулоны хранятся в горизонтальном положении в один ярус.

2.5 Описание оснастки для изготовления панели сопла годоллы двигателя самолета АН-148

Технологическая оснастка изготавливается, в основном, индивидуально для каждой детали и включает в себя: форму, обеспечивающую формообразование теоретического контура и качество поверхности, и отдельные ее элементы, обеспечивающие оформление как наружных, так и внутренних поверхностей детали в соответствии с требованиями КД, а также устройства для подсоединения к вакуумной сети, транспортировки и др.

Оснастка для выкладки панели сопла включает в себя непосредственно стеклопластиковые формообразующие поверхности подкрепленные рифтами для получения внутренней и внешней обшивок панели, металлические рамы для установки на них формообразующих поверхностей, креплений для фиксации резиновых клиновидных оправок для получения заполнителя. Так как формообразующая поверхность для выкладки внешней обшивки панели используется как цулага при окончательном формовании панели, то по фланцу формообразующих поверхностей внешней и внутренней обшивок выполнены отверстия для их взаимного прижатия с помощью болтов.

Также в состав оснастки входят оправки для намотки трубчатого заполнителя и клиновидные оправки для получения клиновидных полостей из кремний-органической резины типа ИРП. Использование данного типа резин обусловлено температурой формования детали, а также свойством этой резины расширятся под воздействием температуры. В следствие расширения оправок происходит дополнительное подформовывание трубчатого и клиновидного заполнителя изнутри.

Для избежания сплющивания трубок во время приложения избыточного автоклавного давления в них выполнены полости, а концы трубок выведены из-под вакуумного мешка.

Конструкция и материалы технологической оснастки должны обеспечить вакуум-автоклавное формование деталей при повышенных температуре и давлении с учетом программы изготовления, температурных коэффициентов линейного расширения материала детали и оснастки, герметичности и других требований. В связи с выше перечисленными методами в качестве материала для получения полимерной формообразующей оснастки использована стеклоткань Т-13 и связующее ВСО-200. Это связующее обеспечивает необходимую при формовании герметичность оснастки, выдерживает высокую температуру формования детали.

Основное достоинство полимерной оснастки состоит в возможности учесть анизотропию КЛТР. Кроме того, она имеет меньшую массу (на 25% легче эквивалентной металлической). Затраты на изготовление такой оснастки в 1,5-2,5 раза ниже, чем при изготовлении стальной оснастки. Стеклопластиковая оснастка сокращает сроки изготовления, позволяет получить поверхности больших габаритов любой кривизны.

Подготовку рабочей поверхности оснастки и других элементов (цулаг, упоров) производить путем выполнения следующих операций:

1) проверить общее состояние и комплектность оснастки на соответствие КД;

2) очистить и удалить с рабочей поверхности и других элементов оснастки остатки связующего, клея, жгута уплотнительного и других загрязнений вручную, скребками из цветного металла или при помощи салфеток из хлопчатобумажной ткани.

Заземлить форму и обезжирить очищенные поверхности оснастки нефрасом, затем ацетоном с помощью салфеток из хлопчатобумажной ткани. Просушить в течение 15-25 мин после каждой операции при температуре воздуха в помещении.

Примечание. Перед применением нефраса ввести в него антистатическую присадку «Сигбол» в соотношении:

1) нефрас - 1000 массовых частей;

2) антистатическая присадка «Сигбол» - 2 массовых части.

Нанести на форму и другие элементы оснастки разделительный слой.

В качестве разделительного слоя применяется смазка СК-5.

Она наносится на формообразующую поверхность оснастки в два слоя. Нанесенный первый слой необходимо сушить на воздухе при температуре помещения в течение 1 часа. Второй и последующие слои смазки наносятся в перекрестном направлении и сушатся аналогично первому слою. Затем проводится термообработка смазки при температуре 110єС в течении 3 часов.

2.6 Раскрой препрегов армирующих наполнителей

Ручной раскрой препрегов на заготовки для формования деталей производится совместно с разделительной пленкой на рабочих местах (столах), оснащенных устройствами, обеспечивающими удаление летучих веществ, используя нож, ножницы.

Раскрой производят по разметке и (или) накладным шаблонам. Погрешность раскроя  1 мм

Для деталей несложного контура, образованного прямыми линиями, ручной раскрой препрегов выполняют ножом непосредственно по накладному шаблону (угольнику, линейке) без предварительной разметки.

Для деталей со сложным криволинейным контуром предварительно выполняют разметку с последующим раскроем.

Разметку препрегов производят на рабочем столе с помощью линеек, угольников, шаблонов развертки детали и цветных карандашей.

Для обеспечения требуемой точности разметки и раскроя с требуемой ориентацией нитей основы препрега производят фиксацию взаимного расположения линеек, угольников, шаблонов и размечаемого препрега на рабочем столе.

Разметку и раскрой препрегов при изготовлении первых комплектов деталей, допускается выполнять непосредственно на формовочной оснастке по имеющейся разметке контура детали, при этом обеспечить плотное прилегание препрега к рабочей поверхности оснастки, исключить повреждение разделительного слоя оснастки путем укладки на оснастку под препрег твердых подложек в зоне реза.

В процессе работы при ухудшении качества резки кромки режущего инструмента необходимо очистить от налипания связующего хлопчатобумажной салфеткой, смоченной ацетоном.

2.7 Изготовление панели сопла гондоллы двигателя самолета АН-148

Панель сопла представляет собой трехслойную конструкцию состоящую из внутренней и внешней обшивок и заполнителя. Заполнитель панели сопла является комбинированным и состоит из трубчатого заполнителя и клиновидных полостей. В качестве метода формообразования для панели сопла применяется метод ручной выкладки.

Процесс изготовления панели состоит из нескольких этапов, таких как:

1. Отдельная выкладка и вакуум-автоклавное формование внешней обшивки;

2. Намотка трубчатого заполнителя;

3. Получение клиновидного заполнителя.

4. Выкладка внутренней обшивки с промежуточной подформовкой собранного пакета;

5. Выкладка трубчатого заполнителя на поверхность внутренней обшивки с последующим вакуум-автоклавным формованием выложенного пакета;

6. Установка оправок для формования сдвоенных трубчатых полостей и выкладка средней обшивки;

7. Установка клиновидных оправок на среднюю обшивку;

8. Подготовка наружной обшивки к склеиванию;

9. Сборка наружной обшивки с подсборкой внутренней обшивки с последующим окончательным формованием панели;

10. Расформовка панели сопла.

На рис. приложения к дипломному проекту представлена схема технологического процесса изготовления панели сопла с изображением последовательности выполнения операций тех. процесса.

Рассмотрим подробнее каждый из вышеизложенных этапов изготовления панели сопла.

2.7.1 Изготовление наружной обшивки панели сопла

При изготовлении наружной обшивки панели сопла гондолы необходимо выполнить следующие операции:

- Нанести на подготовленную согласно пункту 2.5 записки оснастку связующее ЭДТ-69Н с расходом 150-200 г./м² и произвести его подсушку на воздухе в течение 1-2-х часов;

- произвести выкладку молниезащитной сетки вязаной марки СМ - 0,08 согласно чертежу;

- сетку обезжирить последовательно нефрасом, затем ацетоном и просушить в течение 20-30 минут после каждой операции;

- уложить сетку на форму исключая складки;

- на поверхность сетки нанести связующее ЭДТ-69Н с расходом 300-350 г./м², выдержать в течение 2-3 часов при температуре воздуха в помещении;

- уложить слои наружной обшивки и слои прокладок и окантовок из препрега Т-10-14/ЭДТ-69Н;

- поверх выложенных слоев препрега наружной обшивки и усилений уложить «жертвенный» слой сухой лавсановой ткани;

- уложить разделительную перфорированную полипропиленовую пленку;

- уложить дренажную стеклоткань Т-13;

- раскроить и склеить вакуумный мешок из пленки полиамидной неориентированной марки ТС на герметизирующем жгуте Герлен-УТ и установить его на форму;

- установить форму с выложенным пакетом в автоклав и подготовить к вакуум-автоклавному формованию;

- произвести вакуум-автоклавное формование наружной обшивки;

- произвести выгрузку оснастки из автоклава и расформовать пакет;

- снять наружную обшивку с формы, произвести обрезку облоя по периметру обшивки с учетом технологического припуска;

- зафиксировать наружную обшивку на форме в зоне технологического припуска в 4-х местах самонарезами.

2.7.2 Намотка трубчатого заполнителя

Произвести входной контроль резиновых оправок для формования трубчатого заполнителя:

- контролировать геометрические размеры сечения каждой оправки;

- контролировать отсутствие порезов, вмятин и других дефектов на поверхности оправок;

Протереть все оправки от загрязнений влажными хлопчато-бумажными салфетками, обернуть фторопластоволй пленкой, пленку располагать вдоль оси оправки с точечной фиксацией клеем 88-НП.

Произвести намотку оправок трубчатого заполнителя препрегом ленты ЛЭС-0,2х30 согласно требованиям КД. Намотку производить вручную в 2 слоя.

В процессе намотки необходимо контролировать:

- качество намотки и равномерность;

- отсутствие зазоров между витками;

- перехлест в пределах 12-14 мм;

- плотное прилегание препрега к оправке;

- количество слоев препрега.

2.7.3 Получение клиновидного заполнителя

Получение клиновидного заполнителя состоит из двух этапов:

- изготовление вакуумных мешков;

- выкладка клиновидного заполнителя из препрега ткани Т-10-14/ЭДТ-69Н.

Для изготовления вакуумных мешков необходимо произвести раскрой прорезиненной ткани по макетным поверхностям с учетом склеивания вакуумного мешка вдоль оправки серебристой поверхностью внутрь. Склеить заготовки вакуумных мешков клеем 88-НП, предварительно зашкурив склеиваемые поверхности не нарушая целостности ткани. Затем нанести на поверхность вакуумных мешков 30-50% раствор герметика КЛТ-30 в бензине. После просушки снять вакуумные мешки с болванки.

Выкладка клиновидного заполнителя состоит из таких операций:

- уложить клиновидные оправки в вакуумные мешки;

- каждую оправку вместе с мешком обернуть разделительной полипропиленовой пленкой вдоль оправки, зафиксировать точечно клеем 88-НП;

- обмотать оправки препрегом ткани Т-10-14-ЭДТ-69Н.

2.7.4 Выкладка внутренней обшивки с промежуточной подформовкой собранного пакета

Выкладка внутренней обшивки включает в себя следующие операции:

- уложить на подготовленную формообразующую поверхность оснастки слои внутренней обшивки, прокладок и окантовок из препрега ткани Т-10-14/ЭДТ-69Н в соответствии с чертежом;

- произвести подготовку выложенного пакета к промежуточной подформовке;

- произвести промежуточную подформовку собранного пакета, расформовать пакет, обшивку с формы не снимать.

2.7.5 Выкладка трубчатого заполнителя на поверхность внутренней обшивки с последующим вакуум-автоклавным формованием выложенного пакета

Перед выкладкой трубчатого заполнителя первого яруса необходимо нанести связующее ЭДТ-69Н на всю поверхность внутренней обшивки и выдержать при температуре воздуха не менее одного часа. Затем по заднему торцу формы ТК внутренней обшивки установить торцевую цулагу-упор, согласно чертежу на форму, для ограничения укладки трубчатого заполнителя. После установки ограничительной цулаги упора уложить последовательно намотанные оправки трубчатого заполнителя. При выкладке все оправки должны выступать за линию технологического припуска на форме на 20 мм. Поверх всех выложенных оправок трубчатого заполнителя уложить «жертвенный» слой сухой стеклоткани. Подготовить выложенный пакет к вакуум-автоклавному формованию и поместить в автоклав. После формования расформовать пакет, снять вакуумный мешок, дренаж, вакуумные трубки, разделительную пленку. Оправки трубчатого заполнителя не удалять.

2.7.6 Установка оправок для формования сдвоенных трубчатых полостей и выкладка средней обшивки

Нанести на все поверхности подсборки связующее ЭДТ-69Н. В свободную от трубчатого заполнителя зону уложить оправки трубчатого заполнителя с выложенными на них пакетами для формования сдвоенных трубчатых полостей. Далее произвести выкладку средней обшивки из 1-го слоя препрега Т-10-14-ЭДТ-69Н.

2.7.7 Установка клиновидных оправок на среднюю обшивку

На выложенную среднюю обшивку производится установка подготовленных заготовок клиновидных оправок, фиксируя их положение по переднему торцу формы винтами. Далее положение заготовок с клиновидными оправками фиксируется с помощью полос стеклоленты и клея ВК-41 с прогревом феном при температуре 50-60єС.

2.7.8 Подготовка наружной обшивки к склеиванию

Перед склеиванием собранного на внутренней обшивке пакета с наружной обшивкой необходимо провести подготовку наружной обшивки к склейке. Сначала производится раскрой пленочного клея ВК-41 для укладки по наружной обшивке не снимая защитного слоя. Далее снимаем «жертвенный слой с внешней обшивки не снимая ее с формы. Далее необходимо уложить пленочный клей ВК-41 на всю поверхность наружной обшивки согласно требованиям КД.

2.7.9 Сборка наружной обшивки с подсборкой внутренней обшивки с последующим окончательным формованием панели

Для окончательной сборки-склейки панели формообразующая поверхность оснастки внешней обшивки используется как цулага для создания равномерного давления прижатия по всей поверхности склейки. Для этого необходимо снять с каркаса обшивку формы ТК наружной обшивки вместе с зафиксированной на ней наружной обшивкой и установить ее на форму ТК внутренней обшивки, базируя по переднему торцу центральными технологическими винтами, по заднему торцу по технологическому штырю. Далее фиксируем формы внешней и внутренней обшивок панели между собой. Заключительным этапом сборки-склейки панели является вакуумирование панели с помощью вакуумного мешка и окончательное вакуум-автоклавное формование панели сопла.

2.7.10 Расформовка панели сопла

Расформовка панели сопла после окончательного формования включает в себя снятие вакуумного мешка, удаление дренажной ткани и вакуумных трубок. Далее производится расстыковка обшивок форм, удаление клиновидных оправок и снятие панели корпуса сопла с формы внутренней обшивки. Следующим этапом производится удаление оправок трубчатого заполнителя и остатков полипропиленовой пленки путем продувки сжатым воздухом.

2.8 Вакуум - автоклавное формование панели корпуса сопла гондолы двигателя самолета АН-148

При изготовлении панели корпуса сопла гондолы самолета АН-148 применен вакуум-автоклавный метод формования детали.

Метод вакуум-автоклавного формования состоит из трех основных этапов - это подготовка выложенного пакета к формованию, непосредственно само вакуум-автоклавное формование детали и расформовка детали. Подготовка пакета в формованию включает в себя укладку перфорированной разделительной пленки, цулаги, дренажа, изготовление и крепление вакуумного мешка к оснастке, проверку герметичности вакуумного мешка.

Вакуум-автоклавное формование заключается в создании необходимого режима полимеризации используемого связующего и получении необходимых физико-механических характеристик готового пластика. В течение всего времени формования панели необходимо контролировать температуру, избыточное давление и вакуум по показаниям регистрирующих приборов.

Расформовка детали включает в себя снятие вакуумного мешка, дренажных слоев стеклоткани, цулаги, разделительной пленки а также снятие детали с формообразующей оснастки.

При изготовлении панели сопла гондолы двигателя метод вакуум-автоклавного формования реализован в несколько этапов для обеспечения технологичности изготовления конструкции панели. Подформовка конструкции после выкладки каждого яруса обшивок и заполнителя позволяет получить более плотную структуру композиционного материала. Также отформовка внутренней обшивки с выложенным первым ярусом трубчатого заполнителя позволяет получить жесткую основу для выкладки второго яруса клиновидного заполнителя. Таким образом, обеспечивается увязка внутренней обшивки с выложенным двухъярусным заполнителем и внешней обшивки, что в свою очередь, дает возможность получить необходимый ТК по внешней поверхности панели.

Вакуум-автоклавное формование панели сопла производилось на следующих этапах изготовления:

- полное формование внешней обшивки сопла;

- подформовка пакета внутренней обшивки сопла;

- полное формование внутренней обшивки с выложенным первым ярусом трубчатого заполнителя;

- окончательное формование панели корпуса сопла (сборка-склейка внутренней обшивки с выложенным заполнителем и внешней обшивки).